Неорганические соли в пиротехнической промышленности (стр. 4 из 7)

К неорганическим горючим в виде солей, применяемым в пиротехнике, принадлежат сернистые соединения сурьмы и мышьяка [2].

Сернистая сурьма, или антимоний Sb₂S₃ (молекулярный вес 339,8) отличается сильной восстановительной способностью. В смеси с окислителями, например с бертолетовой солью, сернистая сурьма взрывает от незначительных внешних воздействий [2].

Антимоний – темно-серый порошок, применяется для составов, чувствительных к внешним воздействиям, например для терочных составов, воспламеняющихся от трения [2].

Антимоний встречается в природе в виде минерала – «сурьмяного блеска» Sb₂S₃. При горении антимоний превращается в сурьмянистый ангидрид с выделением сернистого газа. Реакция протекает по схеме [2]:

2Sb₂S₃ + 9O₂ = 2Sb₂O₃ + 6SO₂.(1.23)

1.2.3 Цветнопламенные добавки

Для окрашивания пламени в составы вводят соединения некоторых металлов. При высокой температуре, развиваемой при горении составов, соединения металлов частично или полностью диссоциируют и, перейдя в парообразное состояние, дают спектр излучения. Каждый металл дает спектр особого, характерного для него цвета [1].

В тех случаях, когда применяемые для окрашивания пламени соединения не участвуют в реакции горения пиротехнического состава, они называются цветнопламенными добавками [1].

Атомы натрия дают пламя желтого цвета; соединения стронция, цезия, рубидия и атомы лития дают пламя красного цвета (практически применяются только соединения стронция, применение остальных ограничено из-за высокой стоимости) [5].

Соединения бария и атомы таллия дают пламя зеленого цвета (практическое значение имеют лишь первые) [5].

Пламя синего цвета получается при свечении соединений меди, главным образом, монохлорида меди CuCl. Пламя розового цвета дают соединения кальция [5].

Щавелевокислый натрий, или оксалат натрия Na₂C₂O₄ (молекулярный вес 134) белое кристаллическое негигроскопичное и нерастворимое в воде вещество; дает желтое пламя; большей частью употребляется в хлоратных составах. Недостатком этой соли является ее ядовитость [5].

Дешевая соль натрия хлористый натрий (поваренная соль) NaCl не применяется в пиротехнике из-за большой гигроскопичности [5].

Криолит 3NaF•AlF₃ (молекулярный вес 125,97) представляет собой минерал, негигроскопичен, окрашивает пламя в желтый цвет [5].

Щавелевокислый стронций, или оксалат стронция SrC₂O₄ (молекулярный вес 175,6) представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета; он негигроскопичен и не растворяется в воде. Щавелевокислый стронций дает хорошую красную окраску пламени, но менее яркую, чем нитрат стронция [5].

Карбонат стронция SrCO₃ (молекулярный вес 147,6) нерастворим в воде, негигроскопичен, окрашивает пламя в красный цвет, но менее яркий, чем цвет пламени, получаемый от оксалата и нитрата стронция. Однако из-за сравнительной дешевизны он применяется в составах красного огня [5].

Карбонат бария BaCO₃ (молекулярный вес 197,4) прозрачные кристаллы, почти нерастворимые в воде. В хлоратных составах карбонат бария может быть использован для окраски пламени в зеленый цвет [5].

Для окраски пламени в синий цвет применяются некоторые соли меди, например, карбонат меди CuCO₃; он представляет собой светлозеленые кристаллы, нерастворимые в воде. В пиротехнике применяются также соединения меди, встречающиеся в природе: малахит CuCO₃·Cu(OH)₂, горная синь 2CuCO₃·Cu(OH)₂ и др.Медные соли ядовиты. Они применяются большей частью в составах, содержащих хлорат калия [5].

Одним из распространенных медных соединений является медный купорос CuSO₄, т. е. сернокислая медь. Эту соль нельзя применять в составах: она имеет кислую реакцию и в смеси с бертолетовой солью может вызвать самовоспламенение Медный купорос может быть использован только совместно с аммиаком, с которым CuSO₄ образует сложные соединения [5].

Для получения розового огня можно пользоваться солями кальция.

Карбонат кальция, или мел, CaCO₃, (молекулярный вес 100,0) образует природные залежи и является сравнительно дешевым продуктом. Иногда мелом заменяют более дорогие соли стронция; мел окрашивает пламя в розовый цвет [5].

Для усиления цвета пламени или для уменьшения температуры и скорости горения состава и для некоторых других целей могут применяться различные добавки к составам.

Иногда, чтобы получить густой и чистый цвет пламени, в составы добавляют хлористые соли или органические соединения, содержащие хлор. Их действие заключается в выделении свободного хлора при разложении этих соединений в условиях горения состава. Выделяющийся хлор может реагировать с окрашивающими пламя металлами с образованием их хлористоводородных солей, которые и улучшают окраску пламени. В качестве таких соединений неорганического происхождения могут выступать хлорид ртути (І), хлорид свинца (ІІ), хлорид аммония, а также металлические опилки для получения искрения при горении составов [5].

Хлорид ртути (І) или каломель Hg₂Cl₂ (молекулярный вес 472,1) - белый, мелкокристаллический порошок, очень ядовитый. На свету каломель разлагается, выделяя хлор, при этом соль сначала желтеет, а потом чернеет, поэтому ее следует хранить в посуде из темного стекла. Обычно каломель добавляется к сигнальным составам [5].

Хлорид свинца (ІІ) PbCl₂ менее опасен и менее дорог, чем каломель; хлорид свинца негигроскопичен, может употребляться в составах для улучшения цвета пламени [5].

Хлорид аммония или нашатырь NH₄Cl - белый кристаллический порошок, замедляющий горение составов, но значительно усиливающий густоту окраски пламени. Недостатком нашатыря является его гигроскопичность, препятствующая долгому хранению тех составов, в которые он входит [5].

Для получения искрения при горении составов в пиротехнике применяются железные, стальные, чугунные и другие металлические опилки. Раскаленные опилки выбрасываются из изделия и сгорают в воздухе. Цвет искр зависит от свойств металла. Стальные опилки дают белые искры, опилки цинка – голубые. Опилки легко подвергаются окислению, поэтому перед введением в состав рекомендуется их воронить, нагревая с льняным маслом [1].

Краткий обзор используемых в пиротехнике неорганических солей с указанием их функций в составе пиротехнических смесей приведен в Приложении А.

Таким образом, выбор компонентов пиротехнических составов зависит от ряда факторов:

- назначения пиротехнического изделия, окрашивания пламени и других требуемых пиротехнических эффектов;

- химической стабильного полученного состава;

- физико-химических свойств и чистоты применяемых соединений;

- стоимости используемых в пиротехнических смесях компонентов;

- требований техники безопасности.

2 Экспериментальная часть

В экспериментальной части курсовой работы поставлена задача изготовления пиротехнического состава на основе неорганических солей для проведения демонстрационного эксперимента в виде так называемого пиротехнического «фонтана».

Пиротехнические «фонтаны» представляют собой элементы фейерверков, выбрасывающие поток блестящих огненных искр. Изделия для получения «фонтанов» выполнены в виде неподвижных толстостенных картонных гильз с узким жерлом, заполненных быстрогорящими, динамическими составами (рис. 2.1) [7]. Обычно, их внутренний диаметр составляет от 10 до 50 мм при длине, не превышающей 16 калибров, а для крупных изделий − 10-12 калибров. Большие «фонтаны» дают более длинную и пышную огненную ленту, поэтому в старых источниках можно встретить описание даже 6-8 пудовых «фонтанов», гильзы которых для надёжности обматывали снаружи толстой бечевой.

Рисунок 2.1 Гильза для изготовления пиротехнического «фонтана»:

1 – гильза; 2 – слой просеянной глины; 3 – медленногорящая смесь;

4 – основной пиротехнический состав; 5 – слой дымного пороха;

Чаще всего для неподвижных «фонтанов», применяемых в сложных композициях (например, водопадов, каскадов или деревьев), используются гильзы калибром 17-20 мм и длиной 20-25 см, с диаметром «шейки» 4-5 мм (1/4 калибра).

Плотно насаженную гильзу (1) вначале запрессовывают набойником с полым каналом просеянной глиной (2) на высоту 0,5 калибра. Это делается во избежание прогорания жерла.

Для исключения разрыва шейки гильзы в начале воспламенения, особенно при использовании сильных составов, поверх глины на 1 калибр набивают медленногорящую смесь (3) типа мелкоискристых составов простого огня (табл. 2.1) [7]. Ещё лучше использовать насыпку из пороховой мякоти с измельчённым древесным углем 3:1 (состав 1452), который к тому же облегчает зажигание [7].

Составы для «фонтанов» бывают искристые и пламенные (табл. 2.1-2.5)

Таблица 2.1 Составы «фонтанов» простого искристого огня

Номер состава	Процентное соотношение компонентов состава, %
	KNO3	S	Уголь древесный мелкий	Уголь древесный крупный	Sb	Древесные опилки	Фарфор
1452	56	9	35
1453	50	9	41
1454	57	7	36
1455	66	5	29
1456	63	10	27
1457	61	12	27
1458	63	12	25
1459	67	25	8
1460	55	14		31
1461	22	22	56
1462	62	17	21
1463	63	18				19
1464	57	14	29
1465	60	15		25
1466	83	9	8
1467	49	27	18		6
1468	64	30	4		2
1469	55	9	9	27
1470	40	7	33	20
1471	55	9	9				27
1472	63	12	6	6			19

Таблица 2.2 Составы «фонтанов» бриллиантового огня